I ricercatori della NASA hanno sviluppato un nuovo satellite, mappe globali settimanali delle condizioni di umidità del suolo e delle acque sotterranee e previsioni statunitensi da uno a tre mesi di ciascun prodotto. Mentre le mappe delle attuali condizioni di asciutto/bagnato per gli Stati Uniti sono disponibili dal 2012, questa è la prima volta che sono disponibili a livello globale.

"I prodotti globali sono importanti perché ci sono così poche mappe della siccità in tutto il mondo, " ha detto l'idrologo e capo progetto Matt Rodell del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Le siccità sono generalmente ben note quando si verificano nelle nazioni sviluppate. Ma quando c'è una siccità nell'Africa centrale, Per esempio, potrebbe non essere notato fino a quando non provoca una crisi umanitaria. Quindi è prezioso avere un prodotto come questo in cui le persone possano dire, Oh, è davvero secco lì e nessuno lo segnala".

Queste mappe sono distribuite online dal National Drought Mitigation Center presso l'Università del Nebraska-Lincoln (UNL) per supportare il monitoraggio della siccità negli Stati Uniti e nel mondo.

"Essere in grado di vedere un'istantanea settimanale sia dell'umidità del suolo che delle acque sotterranee è importante per ottenere un quadro completo della siccità, " ha detto il professor Brian Wardlow, direttore del Center for Advanced Land Management Information Technologies presso UNL, che lavora a stretto contatto con Rodell allo sviluppo di strumenti di telerilevamento per il monitoraggio operativo della siccità.

Il monitoraggio dell'umidità del suolo è essenziale per gestire le colture agricole e prevederne i raccolti, perché l'umidità del suolo è l'acqua disponibile per le radici delle piante. Le acque sotterranee sono spesso la fonte di acqua per l'irrigazione delle colture. Sostiene anche i corsi d'acqua durante i periodi di siccità ed è un utile indicatore di siccità prolungata. Ma le osservazioni a terra sono troppo scarse per catturare il quadro completo dell'umidità e dell'aridità del paesaggio, come può fare la combinazione di satelliti e modelli.

Un occhio globale sull'acqua

Sia le mappe globali che le previsioni degli Stati Uniti utilizzano i dati dei satelliti della NASA e del Centro di ricerca tedesco per il recupero della gravità delle geoscienze e il follow-on dell'esperimento climatico (GRACE-FO), una coppia di veicoli spaziali che rilevano il movimento dell'acqua sulla Terra in base alle variazioni del campo gravitazionale terrestre. GRACE-FO succede ai satelliti GRACE di grande successo, che hanno concluso la loro missione nel 2017 dopo 15 anni di attività. Con l'espansione globale del prodotto, e l'aggiunta delle previsioni degli Stati Uniti, i dati GRACE-FO stanno colmando le lacune chiave per comprendere il quadro completo delle condizioni umide e secche che possono portare alla siccità.

Le osservazioni satellitari dei cambiamenti nella distribuzione dell'acqua sono integrate con altri dati all'interno di un modello informatico che simula i cicli dell'acqua e dell'energia. Il modello quindi produce, tra le altre uscite, mappe variabili nel tempo della distribuzione dell'acqua a tre profondità:umidità superficiale del suolo, umidità del suolo della zona radicale (circa i primi tre piedi di terreno), e acque sotterranee poco profonde. Le mappe hanno una risoluzione di 1/8° grado di latitudine, o circa 8,5 miglia, fornendo dati continui sull'umidità e le condizioni delle acque sotterranee in tutto il paesaggio.

Le mappe satellitari GRACE e GRACE-FO sono tra i set di dati essenziali utilizzati dagli autori del Drought Monitor degli Stati Uniti, la principale mappa settimanale delle condizioni di siccità per gli Stati Uniti utilizzata dal Dipartimento dell'agricoltura degli Stati Uniti e dalla Federal Emergency Management Agency, tra gli altri, valutare quali aree potrebbero necessitare di assistenza finanziaria a causa delle perdite dovute alla siccità.

"GRACE [fornito e GRACE-FO ora fornisce] un ambito nazionale di acque sotterranee, ", ha affermato Brian Fuchs, climatologo e autore di Drought Monitor, al centro della siccità. Lui e gli altri autori usano più set di dati per vedere dove le prove mostrano che le condizioni sono diventate più secche o più umide. Per le acque sotterranee, questo significava andare ai dati dei pozzi delle acque sotterranee dei singoli stati per aggiornare la mappa settimanale. "Ha risparmiato molto tempo avendo quello strato di acque sotterranee insieme agli strati di umidità del suolo, tutto in un punto, " Ha detto Fuchs. "I dati ad alta risoluzione che siamo in grado di importare ci consentono di tracciare quei contorni di secchezza o umidità direttamente sui dati stessi".

Uno degli obiettivi delle nuove mappe globali è rendere disponibile lo stesso prodotto coerente in tutte le parti del mondo, specialmente nei paesi che non dispongono di infrastrutture per il monitoraggio delle acque sotterranee.

"La siccità è davvero un [argomento] chiave... con molte delle proiezioni sul clima e sui cambiamenti climatici, " Wardlow ha detto. "L'enfasi è sul diventare più rilevanti, informazioni sulla siccità più accurate e tempestive, sia che si tratti di umidità del suolo, salute delle colture, acque sotterranee, streamflow—[le missioni GRACE sono] centrali in questo, " ha affermato. "Questi tipi di strumenti sono assolutamente fondamentali per aiutarci ad affrontare e compensare alcuni degli impatti previsti, sia dalla crescita della popolazione, cambiamenti climatici o semplicemente un aumento del consumo di acqua in generale".

Sia il Centro per la gestione avanzata del territorio che il Centro nazionale per la mitigazione della siccità hanno sede presso la School of Natural Resources dell'UNL, e stanno lavorando con partner internazionali, tra cui l'Agenzia statunitense per lo sviluppo internazionale e la Banca mondiale, sviluppare e supportare il monitoraggio della siccità utilizzando le mappe globali GRACE-FO e altri strumenti in Medio Oriente, Nord Africa, Sud Africa, Sud-est asiatico, e India.

La siccità può essere complessa, sia nei tempi che nella portata. In superficie, l'umidità del suolo cambia rapidamente con le condizioni atmosferiche. L'umidità nella zona delle radici cambia un po' più lentamente ma è ancora molto reattiva alle intemperie. In ritardo rispetto a entrambe le acque sotterranee, poiché è isolato dai cambiamenti del tempo. Ma per le prospettive a lungo termine sulla gravità della siccità o, al contrario, rischio di inondazioni nelle aree basse:le acque sotterranee sono il parametro da tenere d'occhio, disse Rodell.

"Le mappe delle acque sotterranee sono come un rallentato, versione levigata di ciò che si vede in superficie, " Ha detto Rodell. "Rappresentano l'accumulo di mesi o anni di eventi meteorologici". Questo livellamento fornisce un quadro più completo della tendenza generale all'essiccazione o alla bagnatura in corso in un'area. Avere una contabilità accurata dei livelli delle acque sotterranee è essenziale per una previsione accurata condizioni del prossimo futuro.

Il nuovo prodotto previsionale che proietta condizioni di asciutto e bagnato 30, 60, e 90 giorni fuori per i 48 Stati Uniti inferiori utilizza i dati GRACE-FO per aiutare a impostare le condizioni attuali. Quindi il modello va avanti nel tempo usando il Goddard Earth Observing System, Modello di previsione meteo stagionale versione 5 come input. I ricercatori hanno scoperto che l'inclusione dei dati GRACE-FO ha reso più accurate le risultanti previsioni sull'umidità del suolo e sulle acque sotterranee.

Poiché il prodotto è stato appena lanciato, la comunità degli utenti ha appena iniziato a lavorare con le previsioni, ma Wardlow vede un enorme potenziale.

"Penso che vedrai i prodotti di monitoraggio GRACE-FO utilizzati in combinazione con le previsioni, " Wardlow ha detto. "Per esempio, l'attuale prodotto statunitense può mostrare condizioni di siccità moderate, e se guardi la previsione e la previsione mostra il mese prossimo che c'è una continua tendenza all'essiccazione, allora questo potrebbe cambiare la decisione rispetto a una tendenza umida".

Le previsioni degli Stati Uniti e le mappe globali sono disponibili gratuitamente per gli utenti attraverso il portale dati del centro di siccità.